海水也有年龄？创新的加权全球浮游生物放射性碳测量技术
海水年龄的定义与重要性
全世界13亿立方千米的海水，只有顶上薄薄的一层能见到阳光，和大气进行交换，绝大部分海水要在暗无天日的深处度过千年长夜。
海水年龄是指水团从海洋表面下沉到深海所经历的时间，是理解深海环流和碳循环的关键指标。如果深海水的年龄变老，可能意味着海洋吸收的二氧化碳减少了，这会影响全球气候。此外，海水年龄可以帮助我们了解海洋中的水流是如何运动的，他们的流速有多快，又会流向哪里，这些信息有助于我们理解全球海洋循环。
传统测量方法的挑战
目前，海水年龄的测定主要依赖于放射性同位素碳-14，该同位素由宇宙线与大气中的氮原子反应生成。由于碳-14的半衰期为5700年，它在海水中的含量随着时间的推移而减少。通过测量海水中碳-14的相对含量，可以推算出海水的年龄。
比较常见的是B-P年龄（Benthic minus Planktonic age）和B-A年龄（Benthic minus Atmospheric age）测量方法。
B-P年龄是深海沉积物中底栖有孔虫的放射性碳年龄减去同一沉积层中的浮游有孔的放射性碳年龄，B-P年龄表示的是深海水与表层水之间的放射性碳差异，反映的是深海水从表层下沉到海底所经历的时间。
而B-A年龄是深海沉积物中底栖有孔虫的放射性碳年龄减去当时大气中的放射性碳年龄，B-A年龄表示的是深海水与大气的放射性碳差异，反映的是深海水从表层下沉到海底所经历的时间，同时考虑了大气放射性碳的变化。
然而，这些方法在估算过程中受到空气-海洋交换、海洋储层年龄和水团混合等多种因素的影响，可能导致与实际水龄之间存在较大误差。
创新的加权全球浮游生物放射性碳测量方法
为了减少现有海水年龄估算方法存在的偏差，研究人员提出一种新的测量方法，通过加权全球浮游生物放射性碳测量方法（Benthic minus-weighted-Planktonic，BwP），考虑不同水团的贡献，并使用染料示踪剂模拟水团成分，来研究海水年龄。
研究发现，BwP方法显著减少了B-P年龄和B-A年龄与海水年龄之间的差异，尤其是在水深大于1000米的深海区域。例如，在北大西洋和北太平洋的深海区域，BwP年龄与纯水年龄的均方根误差分别低于250年和500年，而B-A年龄和B-P年龄的RMSE分别超过700年和500年。
BwP 年龄的一个显著特点是它可以方便地用于在随时间变化的海洋环流下估计水年龄，因此可以用来评估变化的环流对年龄估计的影响。相比之下，迄今为止的逆方法都是在稳定环流上进行的。环流变化的影响自然反映在模拟中染料分布的变化中，因此，可以通过将随时间变化的染料的 BwP 年龄与使用固定时间的染料浓度估计的标称 BwP 年龄进行比较来估计变化环流的影响。相对于B-P年龄和B-A年龄，BwP方法能够更好地捕捉水团的实际演化过程。
图 ：北太平洋两处地点的年龄演变
a对于 GH02-1030 站点，30为 42.23，144.21,1212 米，主要为当地水源。b对于W8709A-13PC 31站点，42.12，125.75, 2710 m，主要为偏远水源。a 、 b共用一个图例，BA 年龄（蓝线），BP 年龄（红线），BwP 放射性碳年龄（黄线，BwP3），Ideal 年龄（黑线），紫色点和线为遗址 BP 年龄。Iage 的单位为模型年，其他年龄均为14 C 年。
这项研究主要目的是开发一种从放射性碳中估算海水年龄的方法，这个方法的源地表水的年龄是根据多个表面浮游生物年龄估计的，这些年龄由它们各自对深水位置的水团组成贡献加权，这些水团组成是根据海洋环流模型中的理想染料示踪剂估计的，使用迭代方法进一步考虑了投影年龄的问题。本质上，这种方法是一种简化的时间相关格林函数方法，在存在随时间演变的环流的情况下，也考虑了投影年龄，其中格林函数的关键元素是使用染料示踪剂指示的水团组成从海洋模型中估计出来的。
❓问题： 研究中BwP方法的主要创新点是什么？
选项：
A. 使用全球浮游生物放射性碳数据
B. 通过染料示踪剂模拟水团成分
C. 考虑大气14C的时间变化
D. 以上都是
正确答案： （点击查看）
D.
解析： BwP方法的创新点在于结合了全球浮游生物放射性碳数据、通过染料示踪剂模拟水团成分，并且考虑了大气14C的时间变化。这些创新使得BwP方法能够更准确地估算深海水的纯水年龄。
BwP方法的应用
BwP方法通过加权浮游生物的碳-14年龄，并结合海洋环流模型中的染料示踪剂估计水团的组成，为科学家提供了一个更为可靠的工具来研究全球海洋变化及其对气候变化的影响。
BwP方法的一个显著特点是其能够应对海洋环流随时间变化的情况，并有效估算水团年龄。在动态海洋环境中，BwP方法通过模拟染料示踪剂的分布，能够准确地预测不同水团的演化过程，进而帮助研究人员更好地理解全球海洋循环的变化。此外，该方法也为研究海洋环流变化对海水年龄估算的影响提供了新的视角。
随着对海洋碳循环和全球气候变化理解的深入，创新的海水年龄测量技术将成为海洋科学研究中不可或缺的工具。BwP方法的提出，为海水年龄估算提供了更加精准和动态的测量手段，不仅能够减少误差，还为海洋环流与气候变化之间的复杂关系提供了新的理解框架。
参考文献：Jinbo Du, Sifan Gu, Zhengyu Liu, Lingwei Li & Ning Zhao ，A source-weighted Benthic minus Planktonic radiocarbon method for estimating pure ocean water age. npj Climate and Atmospheric Science volume 8, Article number: 80 (2025) ，doi：10.1038/s41612-025-00952-x